一種適用于全橋模塊化多電平換流器的啟動(dòng)策略的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于輸配電技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于全橋子模塊的模塊化多電平換流 器啟動(dòng)策略。
【背景技術(shù)】
[0002] 模塊化多電平換流器正逐漸成為未來(lái)直流輸電領(lǐng)域的趨勢(shì)。由于采用的器件數(shù)量 少，拓?fù)浜?jiǎn)單，半橋型子模塊在許多直流輸電工程建設(shè)中作為首選被應(yīng)用到了換流器的構(gòu) 建當(dāng)中。但由于其短路電流導(dǎo)通通路的存在，半橋型子模塊并不具備直流故障穿越能力，從 而當(dāng)故障發(fā)生時(shí)只能夠閉鎖換流器，跳開(kāi)交流側(cè)刀閩，導(dǎo)致故障切除與系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)， 并且對(duì)于多端直流輸電系統(tǒng)則喪失了故障后傳輸功率的能力。為解決W上問(wèn)題，全橋子模 塊憑借其直流故障穿越能力替代半橋子模塊被應(yīng)用到了越來(lái)越多的場(chǎng)合當(dāng)中。當(dāng)直流故障 發(fā)生，僅通過(guò)閉鎖全橋子模塊所有IGBT即能夠切除故障短路電流并且不需要跳開(kāi)交流側(cè) 斷路器，當(dāng)故障清除與絕緣恢復(fù)后，系統(tǒng)能夠短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)至正常工作狀態(tài)。
[0003] 啟動(dòng)控制是MMC柔性直流輸電系統(tǒng)工程應(yīng)用中必然面臨且亟待解決的關(guān)鍵性問(wèn) 題。合適的換流站啟動(dòng)方式對(duì)減緩MMC-HVDC系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)對(duì)自身和電網(wǎng)的沖擊非常重要。全 橋型子模塊與半橋子模塊充電方式不同，若僅通過(guò)簡(jiǎn)單的不控充電和可控充電過(guò)程達(dá)到額 定值，將會(huì)導(dǎo)致直流電壓的快速增大，從而直流電纜承受較大的電壓變化率，對(duì)系統(tǒng)的正常 運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述技術(shù)背景中描述的現(xiàn)有針對(duì)半橋型子模塊充電過(guò)程的不足與缺陷，本發(fā) 明提出了一種基于全橋子模塊的模塊化多電平換流器充電策略。通過(guò)控制器件導(dǎo)通，從而 避免充電過(guò)程中直流電壓突變所導(dǎo)致的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明通過(guò)對(duì)子模塊器件的觸發(fā)控制，可在不控充電階段實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓相 比子模塊全閉鎖充電更進(jìn)一步的充電，從而減少可控充電階段直流電壓變化量，提高充電 效率。并且通過(guò)PWM方式對(duì)T4管觸發(fā)頻率進(jìn)行設(shè)置，W避免IGBT的持續(xù)導(dǎo)通過(guò)熱，從而保 證了不控充電過(guò)程中器件的安全使用。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案的特征包括W下步驟： 步驟一：閉鎖兩端換流器，投入啟動(dòng)電阻，通過(guò)交流系統(tǒng)對(duì)上下橋臂全橋子模塊充電， 此時(shí)由于上下橋臂電壓大小相等，方向相反，直流側(cè)電壓為0,子模塊電容電壓到達(dá)最大值
[0007] 步驟二：兩端換流器保持閉鎖，通過(guò)PWM方式觸發(fā)導(dǎo)通上下橋臂T4管，進(jìn)行不控充 電的第二階段充電。此時(shí)各子模塊電容電壓到達(dá)最大值
，直流 側(cè)電壓由ο上升為最大值
[0008] 步驟Ξ :解鎖兩端換流器，閉合啟動(dòng)電阻并聯(lián)開(kāi)關(guān)，控制系統(tǒng)發(fā)出正常直流電壓與 傳輸有功功率指令。直流電壓和有功功率開(kāi)始上升到達(dá)額定值Ud。^和Ρ fW，至此啟動(dòng)過(guò)程 結(jié)束。
[0009] 本發(fā)明通過(guò)Ξ個(gè)步驟，能夠?qū)崿F(xiàn)基于全橋子模塊的模塊化多點(diǎn)評(píng)換流器的啟動(dòng)過(guò) 程，并且保證啟動(dòng)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)過(guò)大充電電流，保護(hù)子模塊中器件的壽命，具有較好的工 程應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是模塊化多電平換流器MMC的典型拓?fù)鋱D。 W11] 圖2是半橋子模塊（皿SM)拓?fù)洹?br>[0012] 圖3是全橋子模塊（FBSM)拓?fù)洹?br>[001引圖4是換流器閉鎖時(shí)，基于FBSM的模塊化多電平換流器充電示意圖。
[0014] 圖5是換流器閉鎖時(shí)，觸發(fā)導(dǎo)通T4時(shí)基于FBSM的模塊化多電平換流器充電示意 圖。
[0015] 圖6是基于全橋子模塊的換流器直流側(cè)發(fā)生雙極短路故障后的油兩相橋臂等效 電路示意圖。
[0016] 圖中各符號(hào)：圖1中，A，B，C表示換流器交流側(cè)S相；L表示橋臂電抗器； FBSM1，F(xiàn)BSM2. . . FBSMn表示各橋臂中第1，2, 3, . . . η個(gè)全橋子模塊；Ud。表示直流側(cè)電壓。
[0017] 圖2中，VT1，VT2表示皿SM中上下橋臂兩個(gè)IGBT ;VD1，VD2分別表示相對(duì)應(yīng)的IGBT 兩端的反并聯(lián)二極管；C。表示直流側(cè)電容器；U。表示子模塊電容電壓值；UsM表示子模塊端 口輸出電壓。
[0018] 圖3中，T1，T2, T3, T4分別代表各橋臂中IGBT ;D1，D2, D3, D4分別代表各橋臂中的 反并聯(lián)二極管；C。表示直流側(cè)電容器；U。表示子模塊電容電壓值；P，N分別代表子模塊端口 輸出側(cè)正負(fù)極；i。?代表流入子模塊的電流；UsM表示子模塊端口輸出電壓。
[0019] 圖6中，T2, T3代表短路電流流過(guò)的反并聯(lián)二極管通路；U。。,代表閥側(cè)油兩相間等 效線電壓源；N表示橋臂子模塊數(shù)量；Rf代表直流雙極故障后通路等效電阻。
[0020]
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)全橋型MMC-HVDC的啟動(dòng)方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述 說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅 僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0022] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是采用不控充電與可控充電兩個(gè)階段，完成全橋子模 塊的全橋型模塊化多電平換流器的啟動(dòng)過(guò)程。通過(guò)將不控啟動(dòng)過(guò)程分為兩個(gè)階段W減小直 流電壓變化時(shí)的充電電流對(duì)直流電纜和系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí) 現(xiàn)： 步驟一：不控啟動(dòng)階段 在不控啟動(dòng)階段開(kāi)始，首先閉鎖換流器，即閉鎖圖3中Tl，Τ2, Τ3, Τ4,投入啟動(dòng)電阻 W減小啟動(dòng)電流，流入子模塊的電流流經(jīng)由反并聯(lián)二極管組成的通路對(duì)直流側(cè)電容進(jìn)行 充電。圖4為閉鎖全橋子模塊時(shí)的充電回路。此時(shí)由于上下橋臂交替輸出正、負(fù)電平電 壓，所W直流側(cè)電壓為零。此時(shí)子模塊電容電壓最大達(dá)離
。當(dāng)子模塊電容電壓穩(wěn)定后，由控制系統(tǒng)W-定頻率控制觸發(fā)導(dǎo)通T4,充電通路中電 容數(shù)量?jī)H為第一階段的一半，此時(shí)上下橋臂交替進(jìn)行下一步的充電，直流側(cè)電壓變?yōu)?br>巧交流測(cè)線電壓峰值。此時(shí)子模塊電容電壓最大達(dá)到
此過(guò)程與半橋子模塊的不控充電階段類似，由于啟動(dòng)電阻的 存在，所W限制了充電過(guò)程中電壓變化時(shí)充電電流大小。
[0023] 步驟二：可控充電階段 解鎖兩端換流器并旁路啟動(dòng)電阻，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，直流電壓按一定斜率上升至指 令值，有功功率上升至額定值，當(dāng)直流電壓穩(wěn)定后再上升至額定值，該過(guò)程中直流電纜緩慢 充電，保證了系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的安全性。在該階段中，換流器的主控制器投入正常運(yùn)行并發(fā) 出系統(tǒng)運(yùn)行觸發(fā)脈沖，直流側(cè)電壓由叫。、2逐漸上升至額定值，最終完成整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò) 程。
[0024] W上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該W權(quán)利要求的保護(hù)范圍 為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種適用于全橋模塊化多電平換流器的啟動(dòng)策略，其特征在于將不控啟動(dòng)分為兩個(gè) 階段并一定頻率觸發(fā)導(dǎo)通T4進(jìn)行充電，包括W下步驟：步驟1 :閉鎖換流器并投入啟動(dòng)電 阻，W避免充電電流過(guò)大損壞器件； 交流系統(tǒng)通過(guò)反并聯(lián)二極管對(duì)直流側(cè)電容充電，此時(shí)直流側(cè)電壓為零； 當(dāng)子模塊電容電壓到達(dá)Umgyi時(shí)，觸發(fā)脈沖導(dǎo)通T4進(jìn)入不控啟動(dòng)過(guò)程的第二充電階段， 此時(shí)上下橋臂分別被充電，直流側(cè)電壓變?yōu)椋翰⒅饾u上升至:：即交 流測(cè)線電壓峰值，子模塊電容電壓上升為Umgy2; 步驟2 :解鎖兩端換流器并旁路啟動(dòng)電阻，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，直流電壓按一定斜率上 升至指令值，有功功率上升至額定值，當(dāng)直流電壓穩(wěn)定后再上升至額定值，該過(guò)程中直流電 纜緩慢充電，保證了系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的安全性； 在該階段中，換流器的主控制器投入正常運(yùn)行并發(fā)出系統(tǒng)運(yùn)行觸發(fā)脈沖，直流側(cè)電壓 由逐漸上升至額定值，最終完成整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程。2. 基于權(quán)利要求1中所述的一種適用于全橋模塊化多電平換流器的啟動(dòng)策略，其特征 是步驟1，2整體作為
【發(fā)明內(nèi)容】
，使得全橋模塊化多電平換流器具有穩(wěn)定啟動(dòng)的能力，所有 步驟為有機(jī)的不可分割的整體。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了輸配電技術(shù)領(lǐng)域的一種適用于全橋模塊化多電平換流器的啟動(dòng)策略。其技術(shù)方案是，將啟動(dòng)過(guò)程分為不控啟動(dòng)與可控充電的兩個(gè)過(guò)程。首先在不控啟動(dòng)過(guò)程中，閉鎖換流器并投入啟動(dòng)電阻以避免啟動(dòng)電流過(guò)大對(duì)器件造成損壞。由交流系統(tǒng)供電對(duì)上下橋臂子模塊進(jìn)行第一階段充電，此時(shí)直流電壓最大僅能達(dá)到交流系統(tǒng)相電壓峰值。在第二階段不控充電階段過(guò)程中，保持換流器閉鎖，觸發(fā)各相橋臂子模塊中T4按一定頻率導(dǎo)通，通過(guò)此過(guò)程可分別對(duì)各相上下橋臂進(jìn)行持續(xù)充電，從而直流電壓和子模塊電容電壓進(jìn)一步上升。進(jìn)入不控充電階段，解鎖各換流器并旁路交流系統(tǒng)側(cè)啟動(dòng)電阻，控制系統(tǒng)發(fā)出直流電壓以及有功功率正常上升指令，系統(tǒng)各指標(biāo)逐漸達(dá)到額定值，至此啟動(dòng)過(guò)程完成。
【IPC分類】H02J3/36, H02M1/36
【公開(kāi)號(hào)】CN105656299
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】許建中, 苑賓, 何智鵬, 趙成勇
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日